DE202009007178U1

DE202009007178U1 - Wärmespeicherelement und Wärmespeichereinrichtung

Info

Publication number: DE202009007178U1
Application number: DE202009007178U
Authority: DE
Original assignee: ACCURAMICS GmbH
Current assignee: ACCURAMICS GmbH
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-05-20
Also published as: DE112010002053A5; WO2010133206A2; WO2010133206A3

Abstract

Wärmespeicherelement für den Einsatz in einer Brennkammer in einem Heizgerät mit einem Brenner, der in der Brennkammer endet und über eine Düse eine Flamme mit Brennstoff speist, wobei das Wärmespeicherelement mindestens ein Durchgangsloch aufweist, obenseitig in der Lochwand einen Spalt aufweist, und aus einem wärmebeständigen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement einen gleichmäßigen Umfang, z. B. einen Sechseckform hat, und dass das (die) Durchgangsloch (-löcher) zentrisch angeordnet ist (sind).

Description

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Wärmespeicherelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Wärmespeichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10.
Ein derartiges Wärmespeicherelement ist aus der DE 20 2007 016 090 U1 bekannt. In dieser Druckschrift wird ein Wärmespeicherelement für den Einsatz in einer Brennkammer in einem Heizgerät beschrieben; das Speicherelement ist großvolumig ausgebildet und weist in Längsrichtung ein Durchgangsloch auf; es besteht aus einem wärmebeständigen Werkstoff, wie z. B. Keramik oder Edelstahl, und hat obenseitig in der Lochwand einen in Längsrichtung verlaufenden Spalt.
Durch diesen Spalt ist die Wärmeverteilung bei kaskadierter Anordnung von Wärmespeicherelementen zwar etwas gleichmäßiger als ohne Spalt, aber immer noch nicht optimal. Bei einer solchen Anordnung werden die Wärmespeicherelemente nämlich nicht sehr schnell aufgeheizt, d. h. bei den weiter hinten angeordneten Wärmespeicherelementen dauert die Aufheizung länger.
Abgesehen von der Wärmeverteilung ist auch die in der o. g. Druckschrift dargestellte Form, was die Herstellung betrifft, nicht sehr günstig, weil das Durchgangsloch nicht zentrisch, sondern in den oberen Teil des Wärmespeicherelementes angeordnet ist.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Wärmespeicherelement zu entwickeln, derart, dass bei einer vorgegebenen Anordnung von Wärmespeicherelementen eine gleichmäßigere Wärmeverteilung gegeben ist, und dass bei einer solchen Anordnung die Wärmespeicherelemente schneller aufgeheizt werden. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Wärmespeicherelement zu entwickeln, das einfacher herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird von den unabhängigen Ansprüchen 1 und 10 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
Es hat sich gezeigt, dass eine sehr gleichmäßige Wärmeverteilung und eine schnelle Aufheizung realisiert werden können, wenn die Wärmespeicherelemente einen gleichmäßigen Umfang haben und das Durchgangsloch zentrisch angeordnet ist. Vorteilhafterweise hat das Wärmespeicherelement eine Sechseckform, wobei die Ecken Abschrägungen aufweisen können.
Das Wärmespeicherelement kann eine gleichmäßige Dicke aufweisen, ist jedoch vorzugsweise, damit es leichter aus der Pressform herausgenommen werden kann und auch aus Stabilitätsgründen, an der Unterseite etwas dicker. Dabei kann die Unterseite eine gleichmäßige Dicke aufweisen und über eine Stufe oder konisch verlaufend in den oberen Teil übergehen. Der konische Verlauf kann sich auch über die ganze Höhe des Wärmespeicherelementes erstrecken.
Die Wärmeverteilung kann weiterhin optimiert werden, wenn das Durchgangsloch sich von beiden Seiten nach innen verjüngt. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der kleinste Durchmesser des Durchgangslochs sich in etwa im mittleren Drittel des Wärmespeicherelementes befindet, wobei das Durchgangsloch eine runde, ovale oder polygonale Form hat.
Das Wärmespeicherelement besteht aus einem wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff, wie Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxidgestein, Serpentin- oder Speckstein oder aus einem anderen wärme- und korrosionsbeständigen Material.
Auf diese Art und Weise kann eine sehr gute Wärmeverteilung erreicht werden, sodass auch die weiter hinten angeordneten Wärmespeicherelemente ausreichend Wärme speichern, um diese in der abgeschalteten Brennerphase an die Wände der Brennkammer und an den Kessel abgeben zu können.
Der Vorteil derartiger Wärmespeicherelemente liegt darin, dass sie die Wärme speichern und diese gespeicherte Wärme während der Brennerunterbrechung an die Wände (wie z. B. Stahlwände) der Brennkammer und des Kessels abgeben, wodurch die Unterbrechungen zwischen den Brennzyklen verlängert werden können. Dies führt zu einer merklichen Einsparung des verwendeten Brennstoffes.
Die Wärmespeicherelemente haben bodenseitig einen Standfuß zum Aufstellen auf den Boden der Brennkammer, sind jedoch vorzugsweise so konstruiert, dass sie auf einem Stützelement aufgestellt werden können. Dabei werden die Wärmespeicherelemente, die z. B. eine Sechseckform haben, so auf das Stützelement aufgestellt, dass der obenseitig in der Lochwand angebrachte Spalt sich entweder in einer Ecke der Sechseckform oder sich zwischen zwei Ecken befindet. Dies bedeutet, dass das Wärmespeicherelement entweder mit einer Ecke nach unten gerichtet oder mit einer der flachen Seiten nach unten gerichtet auf das Stützelement positioniert ist.
Die Wärmespeicherelemente können eine Wärmespeichereinrichtung bilden, und zwar derart, dass mehrere Wärmespeicherelemente hintereinander angeordnet und auf einem Stützelement aufgestellt sind. Hierzu weist das Stützelement eine oder mehrere Vertiefungen für die Wärmespeicherelemente auf und einen oder mehrere Stege, um den Abstand zwischen den Wärmespeicherelementen zu definieren.
Die Positionierung der Wärmespeicherelemente auf dem Stützelement hat den Vorteil, dass die Wärmespeicherelemente auf einfache Art und Weise montiert und demontiert werden können.
Das Stützelement kann mittels einem oder mehreren Standfüßen direkt auf den Boden der Brennkammer aufgestellt werden, es kann aber auch auf einen Trägerelement aufgestellt werden. Ein solches Trägerelement hat die Funktion, die Wärmespeicherelemente in der Höhe zu justieren, damit die Wärmeübertragung und die Wärmespeicherung optimal realisiert werden können.
Das Stützelement und das Trägerelement bestehen, wie das Wärmespeicherelement, aus einem wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff. Sie bestehen ebenfalls vorzugsweise aus Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxidgestein, Serpentin- oder Speckstein oder aus einem anderen wärme- und korrosionsbeständigen Material.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Anordnung mit mehreren, in Kaskade angeordneten Wärmespeicherelementen,
2 und 3 erfindungsgemäße Wärmespeicherelemente in perspektivischer Sicht, in Vorderansicht und in Querschnitt,
4 ein Ausführungsbeispiel eines Stützelementes in perspektivischer Sicht, in Querschnitt und in Draufsicht,
5 ein Ausführungsbeispiel eines Trägerelementes in perspektivischer Sicht, in Querschnitt und in Längsschnitt.
Die 1 zeigt eine Wärmespeichereinrichtung mit mehreren, in Kaskade angeordneten Wärmespeicherelementen 100. Die Wärmespeicherelemente sind auf einem Stützelement 200 aufgestellt, damit sie in einer stabilen Position gehalten werden können. Das Stützelement ist wiederum auf einem Trägerelement 300 aufgestellt, um die Wärmespeichereinrichtung in der Höhe justieren zu können, und zwar in Abhängigkeit der Höhe der Brennkammer.
Diese Wärmespeichereinrichtung kann in ein Heizgerät in Form eines Warmwasserheizungskessels aufgestellt werden. Das Heizgerät weist eine Brennkammer auf, in der die Wärmespeichereinrichtung aufgestellt wird. Der vom nicht eingezeichneten Brenner erzeugte Heißgasstrom heizt die Wand der Brennkammer auf und strömt aus der Brennkammer in die Rauchgaszüge des Warmwasserkessels, bevor das Rauchgas in den Schornstein geleitet wird. Dabei wird die Wärme an den Kessel und damit an das dadurch strömende Wasser abgegeben. Die in Kaskade angeordneten Wärmespeicherelemente werden durch den heißen Brenngasstrom aufgewärmt und können, während der Ausschaltphase des Brenners ihre Wärme an die Wandung der Brennkammer und damit auch an das im Kessel befindliche Wasser abgeben.
Die 2 und 3 zeigen je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmespeicherelements 100a bzw. 100b in perspektivischer Sicht, eine Vorderansicht und einen Querschnitt. Das Wärmespeicherelement 100a, 100b hat eine Sechseckform mit einem zentrisch angeordneten Durchgangsloch.
Das Wärmespeicherelement wird, wie abgebildet, mit einer Ecke nach unten gerichtet, auf einem Stützelement positioniert, wobei der obenseitig in der Lochwand angebrachte Spalt sich in einer Ecke der Sechseckform befindet. Alternativ kann das Wärmespeicherelement auch mit einer flachen Seite nach unten gerichtet auf dem Stützelement positioniert werden, wobei in diesem Falle der obenseitig in der Lochwand angebrachte Spalt sich ebenfalls in einer flachen Seite der Sechseckform befindet. Das Wärmespeicherelement hat vorzugsweise eine Sechseckform, kann aber auch mehreckig oder sogar rund oder oval sein.
Das Durchgangsloch ist vorzugsweise rund und zentrisch angeordnet, wie abgebildet, kann aber auch exzentrisch angeordnet und/oder eine ovale oder polygonale Form aufweisen. Der kleinste Durchmesser des Durchgangslochs kann sich am Anfang, am Ende oder dazwischen befinden. Es hat sich herausgestellt, dass gute Ergebnisse erreicht werden, wenn das Durchgangsloch sich von beiden Seiten nach innen verjüngt, wobei der kleinste Durchmesser des Durchgangslochs sich vorzugsweise in etwa im mittleren Drittel befindet. Der kleinste Durchmesser des Durchgangslochs kann sich über eine geringe Distanz, parallel zur Richtung des Durchgangslochs, erstrecken, was aus Herstellungsgründen vorteilhaft sein kann.
In den 2 und 3 ist ein einziges zentral angeordnetes Durchgangsloch gezeigt. Alternativ können auch mehrere (kleinere) Durchgangslöcher vorgesehen sein.
Die 4 zeigt ein Stützelement 200 mit Vertiefungen und Stegen. In die Vertiefungen werden die Wärmespeicherelemente positioniert und die Stege definieren den Abstand zwischen den Wärmespeicherelementen. In der 4 erstrecken sich die Stege nicht von Seitenrand zu Seitenrand; sie sind etwas unterhalb der Seitenränder angeordnet. Alternativ können sie sich auch auf der Höhe der Seitenränder befinden und sich dann von Seitenrand zu Seitenrand erstrecken.
Die 5 zeigt ein Trägerelement 300, das dazu dient, die Wärmespeicherelemente in der Höhe zu justieren, damit eine optimale Wärmeübertragung und Wärmespeicherung erreicht werden kann. Deshalb ist die Dicke des Trägerelementes variabel und wird je nach Bedarf bestimmt. Das Trägerelement besteht, wie das Wärmespeicherelement und das Stützelement, aus einem wärmebeständigen Werkstoff, kann aber auch aus Stahl oder Edelstahl bestehen.
Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Trägerelement aus einem solchen keramischen Werkstoff herzustellen, der eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist, um den Boden durch den direkten Kontakt nicht übermäßig aufzuwärmen. Das Trägerelement kann zu diesem Zweck aber auch mehrschichtig ausgebildet sein, z. B. aus einer oberen Schicht bestehen, die noch wärmeleitfähiger ist als eine darunter befindliche Schicht keramischen Werkstoffs, um die Wärmeübertragung auf den Boden zu reduzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202007016090 U1 [0002]

Claims

Wärmespeicherelement für den Einsatz in einer Brennkammer in einem Heizgerät mit einem Brenner, der in der Brennkammer endet und über eine Düse eine Flamme mit Brennstoff speist, wobei das Wärmespeicherelement mindestens ein Durchgangsloch aufweist, obenseitig in der Lochwand einen Spalt aufweist, und aus einem wärmebeständigen Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement einen gleichmäßigen Umfang, z. B. einen Sechseckform hat, und dass das (die) Durchgangsloch (-löcher) zentrisch angeordnet ist (sind).
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement mehreckig ist und an den Ecken eine Abschrägung aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement eine gleichmäßige Dicke aufweist.
Wärmespeicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement unten eine größere Dicke aufweist als oben, wobei der untere Teil eine gleichmäßige Dicke aufweist und anschließend nach oben konisch verläuft oder über die gesamte Höhe einen konischen Verlauf hat.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Durchgangsloch sich von beiden Seiten nach innen verjüngt.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Durchgangsloch eine runde, ovale oder polygonale Form hat.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement aus Porzellan, Keramik, Aluminiumoxid, Magnesiumoxidgestein, aus Serpentin- oder Speckstein oder aus einem anderen wärme- und korrosionsbeständigen Material besteht.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wärmespeicherelement bodenseitig einen Standfuß zum Aufstellen auf den Boden der Brennkammer aufweist oder auf einem Stützelement aufgestellt ist.
Wärmespeicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmespeicherelement einen Sechseckform hat, und so aufgestellt werden kann, dass der obenseitig in der Lochwand angebrachte Spalt sich entweder in einer Ecke der Sechseckform oder sich zwischen zwei Ecken befindet.
Wärmespeichereinrichtung mit einem oder mehreren Wärmespeicherelementen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehrere Wärmespeicherelemente hintereinander angeordnet und auf einem Stützelement aufgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement eine oder mehrere Vertiefungen für das (die) Wärmespeicherelement(e) aufweist und einen oder mehrere Stege, um den Abstand zwischen den Wärmespeicherelementen zu definieren.
Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement auf einem Trägerelement aufgestellt ist.
Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement, was seine Form betrifft, an dem Wärmespeicherelement und an dem Trägerelement angepasst ist.
Wärmespeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement und das Trägerelement, wie das Wärmespeicherelement, aus einem wärmebeständigen Werkstoff bestehen.
Wärmespeichereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die für das (die) Wärmespeicherelement(e) vorgesehene(n) Vertiefung(en) im Stützelement so konstruiert ist (sind), dass das Wärmespeicherelement entweder mit einer Ecke nach unten gerichtet oder mit einer der flachen Seiten nach unten gerichtet auf das Stützelement aufgestellt wird.